Thầy/cô rất vui được cùng các em giải quyết các bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử phức tạp này. Đây là dạng bài tập nâng cao một chút so với các phản ứng thông thường, vì nó tạo ra nhiều sản phẩm khử với một tỉ lệ cho trước.

Phương pháp chúng ta sẽ sử dụng là phương pháp thăng bằng electron. Đây là phương pháp hiệu quả và khoa học nhất để cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử phức tạp, đặc biệt là các phản ứng có nhiều sản phẩm như thế này. Nguyên tắc cốt lõi của phương pháp là: Tổng số electron mà chất khử nhường đi phải bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận vào.

Đối với các bài toán có tỉ lệ sản phẩm, chúng ta sẽ viết một quá trình khử “gộp” để thể hiện đúng tỉ lệ này. Bây giờ chúng ta cùng bắt đầu nhé!

Bài 1

• Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa
• Chất khử: Sắt (Fe) thay đổi số oxi hóa từ \(0\) lên \(+3\).
  \(Fe^{0} \rightarrow Fe^{+3}\)
• Chất oxi hóa: Nitơ (N) trong HNO₃ có số oxi hóa \(+5\), bị khử xuống:
  • \(N^{+2}\) trong NO
  • \(N^{+1}\) trong N₂O
• Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử
• Quá trình oxi hóa:
  \(Fe^{0} \rightarrow Fe^{+3} + 3e\)
• Quá trình khử: Vì tỉ lệ mol \(n_{NO} : n_{N_2O} = 3:2\), ta sẽ viết quá trình khử gộp cho 3 phân tử NO và 2 phân tử N₂O.
  • Để tạo 3 NO: \(3N^{+5} + 3 \times 3e \rightarrow 3N^{+2}\) hay \(3N^{+5} + 9e \rightarrow 3N^{+2}\)
  • Để tạo 2 N₂O: \(2 \times 2N^{+5} + 2 \times 4e \rightarrow 2N_{2}^{+1}\) hay \(4N^{+5} + 8e \rightarrow 2N_{2}^{+1}\)

  Cộng hai quá trình trên lại, ta được quá trình khử gộp:
  \((3+4)N^{+5} + (9+8)e \rightarrow 3N^{+2} + 2N_{2}^{+1}\)
  \(\Rightarrow 7N^{+5} + 17e \rightarrow 3N^{+2} + 2N_{2}^{+1}\)

• Bước 3: Thăng bằng electron

Nhân chéo hệ số electron để tổng electron cho bằng tổng electron nhận.

• \(17 \times | Fe^{0} \rightarrow Fe^{+3} + 3e\)
• \(3 \times | 7N^{+5} + 17e \rightarrow 3N^{+2} + 2N_{2}^{+1}\)
• Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình hóa học

Từ bước 3, ta có hệ số của các chất:

• Hệ số của Fe là 17.
• Hệ số của Fe(NO₃)₃ là 17.
• Hệ số của NO là \(3 \times 3 = 9\).
• Hệ số của N₂O là \(3 \times 2 = 6\).

17Fe + HNO₃ → 17Fe(NO₃)₃ + 9NO + 6N₂O + H₂O

Bây giờ, ta cân bằng nguyên tố Nitơ (N) ở 2 vế. Tổng số nguyên tử N ở vế phải là:
\(17 \times 3\) (trong Fe(NO₃)₃) + \(9 \times 1\) (trong NO) + \(6 \times 2\) (trong N₂O) = \(51 + 9 + 12 = 72\) nguyên tử N.
Vậy, hệ số của HNO₃ là 72.

17Fe + 72HNO₃ → 17Fe(NO₃)₃ + 9NO + 6N₂O + H₂O

Cuối cùng, cân bằng nguyên tố Hidro (H). Vế trái có 72 H, vậy vế phải cũng cần 72 H. Ta đặt hệ số cho H₂O là \(72/2 = 36\).

Kiểm tra lại nguyên tố Oxi để chắc chắn:

• Vế trái: \(72 \times 3 = 216\) O.
• Vế phải: \(17 \times 3 \times 3 + 9 + 6 + 36 = 153 + 9 + 6 + 36 = 204\).

Ôi, có một sự nhầm lẫn ở bước 2! Thầy/cô xin lỗi, chúng ta cùng kiểm tra lại quá trình khử nhé. Đây là một lỗi rất dễ gặp, các em hãy cẩn thận!

• Quá trình tạo 2 N₂O đúng là: \(2 \times 2N^{+5} + 2 \times 4e \rightarrow 2N_{2}^{+1}\) là sai. Phải là: \(2 \times (2N^{+5} + 8e \rightarrow N_{2}^{+1})\) hay \(4N^{+5} + 16e \rightarrow 2N_{2}^{+1}\).

Làm lại từ Bước 2:

• Quá trình khử gộp:
  \(3N^{+5} + 9e \rightarrow 3N^{+2}\)
  \(4N^{+5} + 16e \rightarrow 2N_{2}^{+1}\)
  Cộng lại: \((3+4)N^{+5} + (9+16)e \rightarrow 3N^{+2} + 2N_{2}^{+1}\)
  \(\Rightarrow 7N^{+5} + 25e \rightarrow 3N^{+2} + 2N_{2}^{+1}\)

Làm lại Bước 3:

• \(25 \times | Fe^{0} \rightarrow Fe^{+3} + 3e\)
• \(3 \times | 7N^{+5} + 25e \rightarrow 3N^{+2} + 2N_{2}^{+1}\)

Làm lại Bước 4:

• Hệ số của Fe là 25.
• Hệ số của NO là \(3 \times 3 = 9\).
• Hệ số của N₂O là \(3 \times 2 = 6\).

25Fe + HNO₃ → 25Fe(NO₃)₃ + 9NO + 6N₂O + H₂O

Bảo toàn N: Vế phải có \(25 \times 3 + 9 + 6 \times 2 = 75 + 9 + 12 = 96\) N.
Vậy hệ số HNO₃ là 96.

25Fe + 96HNO₃ → 25Fe(NO₃)₃ + 9NO + 6N₂O + H₂O

Bảo toàn H: Vế trái có 96 H. Vậy hệ số H₂O là \(96/2 = 48\).

Phương trình cuối cùng:

25Fe + 96HNO₃ → 25Fe(NO₃)₃ + 9NO + 6N₂O + 48H₂O

Kiểm tra lại Oxi:

• VT: \(96 \times 3 = 288\) O.
• VP: \(25 \times 9 + 9 + 6 + 48 = 225 + 9 + 6 + 48 = 288\) O. (Chính xác!)

---

Bài 2

• Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa
• Chất khử: \(Al^{0} \rightarrow Al^{+3}\)
• Chất oxi hóa: \(S^{+6}\) trong H₂SO₄ bị khử xuống \(S^{+4}\) (trong SO₂) và \(S^{0}\) (trong S).
• Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử
• Quá trình oxi hóa:
  \(Al^{0} \rightarrow Al^{+3} + 3e\)
• Quá trình khử: Với tỉ lệ \(n_{SO_2} : n_S = 1:2\), ta viết quá trình khử gộp cho 1 phân tử SO₂ và 2 nguyên tử S.
  • Để tạo 1 SO₂: \(S^{+6} + 2e \rightarrow S^{+4}\)
  • Để tạo 2 S: \(2S^{+6} + 2 \times 6e \rightarrow 2S^{0}\) hay \(2S^{+6} + 12e \rightarrow 2S^{0}\)

  Cộng hai quá trình lại:
  \((1+2)S^{+6} + (2+12)e \rightarrow S^{+4} + 2S^{0}\)
  \(\Rightarrow 3S^{+6} + 14e \rightarrow S^{+4} + 2S^{0}\)

• Bước 3: Thăng bằng electron
• \(14 \times | Al^{0} \rightarrow Al^{+3} + 3e\)
• \(3 \times | 3S^{+6} + 14e \rightarrow S^{+4} + 2S^{0}\)
• Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và cân bằng
• Hệ số của Al là 14.
• Hệ số của SO₂ là \(3 \times 1 = 3\).
• Hệ số của S là \(3 \times 2 = 6\).

14Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6S + H₂O

Cân bằng Al: Vế trái có 14 Al, vế phải cần \(14/2 = 7\) phân tử Al₂(SO₄)₃.

14Al + H₂SO₄ → 7Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6S + H₂O

Bảo toàn S: Vế phải có \(7 \times 3\) (trong muối) + \(3\) (trong SO₂) + \(6\) (trong S) = \(21 + 3 + 6 = 30\) S.
Vậy hệ số H₂SO₄ là 30.

14Al + 30H₂SO₄ → 7Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6S + H₂O

Bảo toàn H: Vế trái có \(30 \times 2 = 60\) H. Vậy hệ số H₂O là \(60/2 = 30\).

Phương trình cuối cùng:

14Al + 30H₂SO₄ → 7Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6S + 30H₂O

Kiểm tra Oxi:

• VT: \(30 \times 4 = 120\) O.
• VP: \(7 \times 12 + 3 \times 2 + 30 = 84 + 6 + 30 = 120\) O. (Chính xác!)

---

Bài 3

• Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa
• Chất khử: \(Mg^{0} \rightarrow Mg^{+2}\)
• Chất oxi hóa: \(N^{+5}\) trong HNO₃ bị khử xuống \(N^{0}\) (trong N₂) và \(N^{-3}\) (trong ion \(NH_4^+\) của NH₄NO₃).
  
  Lưu ý: Trong phân tử NH₄NO₃, chỉ có N trong gốc \(NH_4^+\) là sản phẩm khử. N trong gốc \(NO_3^-\) vẫn giữ nguyên số oxi hóa \(+5\).
• Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử
• Quá trình oxi hóa:
  \(Mg^{0} \rightarrow Mg^{+2} + 2e\)
• Quá trình khử: Với tỉ lệ \(n_{N_2} : n_{NH_4NO_3} = 2:3\), ta viết quá trình khử gộp cho 2 phân tử N₂ và 3 ion \(NH_4^+\).
  • Để tạo 2 N₂: \(2 \times (2N^{+5} + 10e \rightarrow N_{2}^{0})\) hay \(4N^{+5} + 20e \rightarrow 2N_{2}^{0}\)
  • Để tạo 3 \(NH_4^+\) (tức là 3 \(N^{-3}\)): \(3 \times (N^{+5} + 8e \rightarrow N^{-3})\) hay \(3N^{+5} + 24e \rightarrow 3N^{-3}\)

  Cộng hai quá trình lại:
  \((4+3)N^{+5} + (20+24)e \rightarrow 2N_{2}^{0} + 3N^{-3}\)
  \(\Rightarrow 7N^{+5} + 44e \rightarrow 2N_{2}^{0} + 3N^{-3}\)

• Bước 3: Thăng bằng electron
• \(22 \times | Mg^{0} \rightarrow Mg^{+2} + 2e\)
• \(1 \times | 7N^{+5} + 44e \rightarrow 2N_{2}^{0} + 3N^{-3}\)
• Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và cân bằng
• Hệ số của Mg là 22.
• Hệ số của N₂ là \(1 \times 2 = 2\).
• Hệ số của NH₄NO₃ là \(1 \times 3 = 3\).

22Mg + HNO₃ → 22Mg(NO₃)₂ + 2N₂ + 3NH₄NO₃ + H₂O

Bảo toàn N: Vế phải có \(22 \times 2\) (trong muối Mg) + \(2 \times 2\) (trong N₂) + \(3 \times 2\) (trong NH₄NO₃) = \(44 + 4 + 6 = 54\) N.
Vậy hệ số HNO₃ là 54.

22Mg + 54HNO₃ → 22Mg(NO₃)₂ + 2N₂ + 3NH₄NO₃ + H₂O

Bảo toàn H: Vế trái có 54 H. Vế phải có \(3 \times 4 = 12\) H trong NH₄NO₃.
Số H còn lại trong H₂O là \(54 – 12 = 42\) H. Vậy hệ số H₂O là \(42/2 = 21\).

Phương trình cuối cùng:

22Mg + 54HNO₃ → 22Mg(NO₃)₂ + 2N₂ + 3NH₄NO₃ + 21H₂O

Kiểm tra Oxi:

• VT: \(54 \times 3 = 162\) O.
• VP: \(22 \times 6 + 3 \times 3 + 21 = 132 + 9 + 21 = 162\) O. (Chính xác!)

---

Hy vọng với lời giải chi tiết từng bước này, các em đã nắm vững cách xử lý dạng bài tập cân bằng phản ứng oxi hóa – khử phức tạp. Chìa khóa là xác định đúng sự thay đổi số oxi hóa và viết đúng quá trình khử “gộp” theo tỉ lệ. Chúc các em học tốt

Bởi: Giáo viên Chuyên Môn